پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: سنتز و تعیین خصوصیات نانوجاذب مغناطیسی عامل‌دار (کبالت- تری‌آمینوپروپیل‌تری‌اتوکسی سیلان- کیتوزان) ، بهینه‌سازی و مدل‌سازی شرایط جذب و تعیین سینتیک حذف مونواتیلن‌گلیکول از نمونه پساب
روش تحقیق: در این تحقیق به‌منظور حذف ماده آلاینده منو‌اتیلن‌گلیکول (Mono Ethylen Glycol, MEG) از پساب، از نانوجاذب مغناطیسی عامل‌دار استفاده شده است. این جاذب از طریق اتصال کیتوزان بر روی سطح نانو ذره مغناطیسی فریت کبالت CoFe2O4 و از طریق حد واسط تری آمینو پروپیل تری اتوکسی سیلان (Aminopropyl Triethoxysilane, APTES) سنتز شد. کیتوزان به‌دلیل داشتن گروه‌های عاملی آمینو و هیدروکسیل، توانایی بالایی در جذب آلاینده‌های آلی مانند منواتیلن‌گلیکول دارد. همچنین استفاده از کیتوزان باعث افزایش سطح تماس و درنتیجه افزایش ظرفیت جاذب می‌شود. خاصیت مغناطیسی فریت‌کبالت نیز منجر به جداسازی آسان جاذب از نمونه پساب با ایجاد میدان مغناطیسی خارجی می‌شود. خصوصیات جاذب سنتز شده، با روش‌های طیف‌سنج فروسرخ تبدیل فوریه (Fourier Transform Infrared ,FTIR) آزمون مغناطیس‌سنج نمونه ارتعاشی ((Vibrating Sample Magnetometer, VSM، تحلیل وزن‌سنجی حرارتی (Thermogravimetric Analysis, TGA) و میکروسکوپ الکترونی روبشی(Scanning Electron Microscope, SEM)  بررسی شد. همچنین شرایط بهینه جذب از جمله میزان pH، زمان اشباع شدن جاذب و بازیابی جاذب ازطریق چرخه‌ی جذب و دفع تعیین گردید.
نتایج اصلی: مقدار pH بهینه جذب گلیکول از نمونه پساب توسط نانوجاذب مغناطیسی عامل‌دار برابر 6 و مدت‌زمان تماس برای تعادل ظاهری جاذب برابر 5  دقیقه تعیین شد که این زمان کوتاه جذب بیانگر در دسترس بودن مکان‌های جاذب برای گلیکول است. همچنین تغییر ظرفیت جذب پس از 10 مرحله چرخه جذب و دفع، کمتر از 21 درصد به ‌دست آمد که نشان‌دهنده قابلیت بازیابی بالای جاذب و صرفه اقتصادی آن است. داده‌های سینتیک جذب توسط سه مدل سینتیکی شبه مرتبه اول(Pseudo-first-order)، شبه مرتبه دوم(Pseudo-second-order) و نفوذ بین‌مولکولی (Intra-particle Diffusion) بررسی شد. باتوجه ‌به بالاتر بودن ضریب تصحیح (Correlation Coefficient) در مدل شبه مرتبه دوم (0.9951 =R2) می‌توان پی برد که جذب گلیکول بر روی جاذب سنتزشده با این مدل بیشترین انطباق را دارد.

چکیده موضوع تحقیق: حضور فلزات سنگین در آب‌های سطحی و زیرزمینی و به دنبال آن ورود این دسته از فلزات به آب­های شرب در غلظت­های بالا تأثیرات جبران­ناپذیری بر سلامت انسان­ها دارد. در این راستا، از گذشته تا کنون استفاده از روش استخراج فاز جامد به‌عنوان روشی معمول و کاربردی برای حذف فلزات سنگین از نمونه­ های آب و فاضلاب محسوب می­شده است. بنابراین تولید جاذب­های مؤثر روش استخراج فاز جامد برای حذف یون­های فلزات سنگین از درجه اهمیت بالایی برخوردار است.

روش تحقیق: در پژوهش حاضر، مولکول­های پلی­وینیل الکل با استفاده از ترکیبات سیانوریک کلرید و تری­اتوکسی‌سیلیل‌پروپیل‌آمین به نانوذرات هسته-پوسته Fe₃O₄@SiO₂ متصل شدند. در ادامه نانوذرات سنتزی به‌عنوان جاذبی مؤثر برای حذف یون فلز سنگین Pb²⁺ از محلول­های آبی مورد استفاده قرار گرفتند. خصوصیات ساختاری، ریختار (Morphology) و اندازه ذرات با استفاده از طیف­سنجی فروسرخ تبدیل فوریه، پراش انرژی پرتوی ایکس، پراش پرتوی ایکس، گرماوزن‌سنجی، مغناطیس­سنجی نمونه مرتعش و میکروسکوپی الکترونی عبوری و پویشی مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفتند
نتایج اصلی: بهینه ­سازی پارامترهای مؤثر در عملکرد جذبی جاذب همچون pH، دوز جاذب و مدت زمان تماس در mL 50 محلول (با غلظت اولیه mg/L 72.52) در دمای محیط انجام شد. نتایج بررسی­ ها نشان داد که بهترین عملکرد جذبی در pH برابر با 7 در مدت زمان min 35 و مقدار mg 32 از جاذب اتفاق می­ افتد که منجر به حذف یون فلز سنگین Pb²⁺ به میزان 89% از محلول می­ شود. علاوه بر این، نانوجاذب سنتزی توانایی بازیابی و استفاده پی­ در­پی تا 5 مرتبه در فرایند جذب-واجذب را بدون کاهش جدی در فعالیت عملکردی دارد.

چکیده آنیون یدید در برخی از پساب‌ها و همچنین آب‌شور وجود دارد. بازیابی آن از پساب از نقطه نظر زیست محیطی و اقتصادی حائز اهمیت است. تخلیه آنیون یدید به آب‌های سطحی ممکن است منجر به شکل‌گیری برخی از ترکیبات یددار در منابع آب آشامیدنی شود که سلامت انسان را تهدید می‌کند. کار حاضر به بررسی جذب آنیون یدید از پساب سنتزی با غلظتmg/l 1000 با استفاده از رزین آنیونی بازی قوی آمبرلیت IR400 Cl پرداخته است. چهار مدل ایزوترم جذب لانگمویر، فروندلیش، تمکین و دوبینین-رادوشکویچ جهت بررسی ایزوترم جذب به کار گرفته شدند. حداکثر ظرفیت جذب استاتیک رزین با استفاده از نمودار ایزوترم جذب و مدل لانگمویر،mg/g 3/466 به دست آمد. عملکرد رزین در pH های مختلف و نیز حضور آلاینده‌های هم‌زمان سولفات، نیترات و کلر مورد بررسی قرار گرفت و بهترین عملکرد در پی‌اچ خنثی به دست آمد. مطالعات سینتیک جذب نشان داد که معادله سرعت شبه درجه دوم با داده‌های آزمایشگاهی تطابق کامل دارد. عملکرد رزین در فاز پیوسته با دو محلول یدید تنها و یدید همراه با غلظت برابر مولی آلاینده‌های سولفات، نیترات و کلر مورد بررسی قرار گرفت که ظرفیت جذب تا اشباع کامل ستون به ترتیب برابر mg/g 2/434 وmg/g 6 /304 به دست آمد. عملکرد رزین در مقایسه با سایر جاذب‌ها چشمگیر بود.

چکیده در این مقاله، تاثیر اصلاح شیمیایی پلیمر اسکلروگلوکان بر رفتار جذب آن روی سنگ کربناتی مخزن نفتی مورد بررسی قرار گرفت. اصلاح شیمیایی اسکلروگلوکان با هدف افزایش آبگریزی آن و از طریق پیوندزنی همزمان گروه‌های یونی و آبگریز در ساختار آن صورت پذیرفت. بررسی رفتار جذب نمونه ها بر سطح سنگ کربناتی، افزایش میزان جذب نمونه های اصلاح شده در مقایسه با نمونه اولیه را نشان داد. ارزیابی فاکتورهای مختلف موثر بر فرایند جذب نشان داد که ایزوترم لانگمویر بهتر از ایزوترم های فرندلیچ و تمکین می تواند رفتار جذب اسکلروگلوکان و نمونه اصلاح شده آبگریز را پیش بینی کند. اما توصیف رفتار جذب نمونه اصلاح شده یونی- آبگریز با استفاده از مدل یاد شده مشکل بود. مطالعه سینتیک جذب نمونه ها نشان داد مدلهای شبه مرتبه دوم و نفوذ درون ذره‌ای از هماهنگی قابل قبولی برای توصیف نتایج تجربی برخوردار بودند. مطالعات ترمودینامیکی دلالت بر وابستگی مقادیر انرژی آزاد، GΔ ، به دما و نیز غلبه مولفه های آنتروپیک، در مقایسه با مولفه های آنتالپیک، در فرآیند جذب نمونه‌ها داشت. همچنین، مقادیر آنتالپی جذب، HΔ، نمونه های مختلف ( در حدود KJ/mol ۶ برای اسکلروگلوکان اولیه ، در حدود KJ/mol ۵ برای اسکلروگلوکان آبگریز و حدود KJ/mol ۹ برای اسکلروگلوکان یونی- آبگریز)، بیانگر جذب فیزیکی نمونه‌ها بر سطح ذرات کربناتی در هر دو محیط‌ آبی و نمکی بود.